淺談防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)常見問題與對(duì)策

賀曉靜

（大同市建筑設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)有限公司，山西 大同 037000）

0 引言

發(fā)生火災(zāi)之后，因?yàn)槲锲啡紵a(chǎn)生的煙氣包含大量有害物質(zhì)，在一定程度上加劇了火災(zāi)的危險(xiǎn)程度。防排煙系統(tǒng)不僅可以及時(shí)將火災(zāi)煙氣排除，還能為消防救援與人員疏散予以必要保障，為此應(yīng)對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)高度重視。可是因?yàn)樵O(shè)計(jì)工作相對(duì)復(fù)雜，加之防排煙系統(tǒng)會(huì)引用相關(guān)新工藝和新技術(shù)，大幅提升了系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度。面對(duì)當(dāng)前常見的系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題，要求工作人員采取針對(duì)性的解決對(duì)策，從而優(yōu)化系統(tǒng)性能。

1 設(shè)計(jì)基本原理

在一定的建筑空間范圍內(nèi)，煙氣沉降的快慢和空間面積、火災(zāi)規(guī)模息息相關(guān)，火源越大不僅會(huì)產(chǎn)生更多煙氣，而且沉降速度較快；越大的空間面積會(huì)蓄積更多煙量，使得沉降速度會(huì)變得緩慢。設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的核心目的在于，通過限制煙氣生產(chǎn)或是對(duì)煙氣流動(dòng)的控制，減少煙氣引發(fā)的危害。

防排煙系統(tǒng)分為防煙和排煙兩種形式。防煙是將煙氣封閉在一定范圍內(nèi)，控制煙氣亂串，保證疏散通道暢通，無煙氣侵入。排煙的目的是將火災(zāi)時(shí)產(chǎn)生的煙氣及時(shí)排除，通過防煙分區(qū)的劃分使煙氣在該防煙分區(qū)內(nèi)活動(dòng)并排走，避免煙氣向其他防煙分區(qū)擴(kuò)散，為人員疏散及消防隊(duì)員滅火爭(zhēng)取時(shí)間[1]。

2 設(shè)計(jì)影響因素

防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)能有效控制煙氣流動(dòng)，為建筑內(nèi)的人員疏散提供安全空間。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)環(huán)節(jié)，應(yīng)該分析煙氣來源與其影響的范圍。另外，應(yīng)該考慮其余消防系統(tǒng)對(duì)設(shè)置防排煙帶來的影響，由此可見，設(shè)計(jì)防排煙系統(tǒng)本是集成優(yōu)化多種消防系統(tǒng)的一個(gè)過程，而對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)造成影響的因素主要體現(xiàn)在以下方面。

2.1 消防滅火系統(tǒng)

當(dāng)發(fā)生火災(zāi)后，消防控制系統(tǒng)出現(xiàn)的一系列情況將干擾到防排煙系統(tǒng)的工作。例如，自動(dòng)噴淋系統(tǒng)的啟動(dòng)可以降低溫度，在一定水平上可以減小排煙熱浮升壓力，但這樣會(huì)造成煙霧層快速以及能見度的迅速降低，這就會(huì)降低了防排煙系統(tǒng)的效率，所以，火災(zāi)發(fā)生后會(huì)啟動(dòng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)防排煙系統(tǒng)，防排煙系統(tǒng)迅速進(jìn)入工作狀態(tài)，及時(shí)排走煙氣，保證疏散通道暢通。

2.2 火災(zāi)發(fā)生位置

如果是在中庭或是空曠處發(fā)生火災(zāi)，煙氣羽流因此不受限于建筑結(jié)構(gòu)而體現(xiàn)出軸對(duì)稱型發(fā)展[2]。在熱浮升力的影響下煙氣上升到頂棚，會(huì)繼續(xù)向四面八方蔓延而漸漸堆積在空間內(nèi)，那么大空間所發(fā)揮的蓄煙作用，能夠減緩對(duì)于室內(nèi)人員的危害[2]。在頂棚安設(shè)的排煙系統(tǒng)，設(shè)備排煙量注意依據(jù)這一空間范圍內(nèi)的煙氣儲(chǔ)蓄量以及火災(zāi)發(fā)生規(guī)模而定。發(fā)生火災(zāi)的位置如果靠近建筑中庭，煙氣很容易流進(jìn)中庭，火災(zāi)發(fā)生區(qū)域范圍內(nèi)煙氣滯留量降低，此時(shí)應(yīng)對(duì)排煙量酌情設(shè)定。

2.3 空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)

這一系統(tǒng)在建筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)，能夠影響煙氣在建筑內(nèi)的蔓延過程。局部空間發(fā)生火災(zāi)之后，導(dǎo)致煙氣影響到未發(fā)生火災(zāi)的空間。一般情況下，會(huì)先將空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)關(guān)閉，防止煙氣向火災(zāi)發(fā)生區(qū)域擴(kuò)散。但是，當(dāng)通風(fēng)系統(tǒng)兼做排煙系統(tǒng)時(shí)，則會(huì)通過電氣控制切換系統(tǒng)模式，平時(shí)作為通風(fēng)系統(tǒng)，而著火時(shí)作為排煙系統(tǒng)，此時(shí)僅通過閥門及電氣模塊的切換實(shí)現(xiàn)功能，并不關(guān)閉系統(tǒng)。誠然，這種設(shè)計(jì)方案會(huì)增加控制的復(fù)雜度，但此方案會(huì)減少管道設(shè)置，避免建筑凈高降低。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

某座商業(yè)綜合體面積是6.7 萬m2，建筑整體高度是42.2m，建筑設(shè)施的耐火等級(jí)是Ⅰ級(jí)。作為建筑設(shè)計(jì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的防排煙系統(tǒng)，合理設(shè)計(jì)該系統(tǒng)能為運(yùn)營(yíng)安全提供保障。設(shè)計(jì)建筑內(nèi)完整的防排煙系統(tǒng)的基本內(nèi)容包括：選擇合適的防排煙方式，合理劃分防煙分區(qū)，計(jì)算儲(chǔ)煙倉厚度和最小清晰高度，確定擋煙垂壁厚度，計(jì)算加壓送風(fēng)量、排煙量、補(bǔ)風(fēng)量、單個(gè)排煙口最大允許排煙量、自然排煙窗面積，合理布置消防機(jī)房、消防管道及風(fēng)口的位置，計(jì)算消防系統(tǒng)的阻力，根據(jù)風(fēng)量及阻力選擇風(fēng)機(jī)，合理布置閥門及相關(guān)的附件。

3.1 設(shè)置合適的防煙形式

設(shè)置防煙系統(tǒng)的目的是在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，提供不受煙氣干擾的疏散路線和避難場(chǎng)所。按照我國制定的有關(guān)規(guī)范，在防煙樓梯間及其前室、消防電梯前室或合用前室、避難走道前室及避難層這些部位應(yīng)設(shè)置加壓送風(fēng)系統(tǒng)[3]。根據(jù)規(guī)范要求，能滿足自然通風(fēng)的采用自然防煙方式，不滿足自然通風(fēng)的采用機(jī)械加壓送風(fēng)系統(tǒng)。機(jī)械加壓送風(fēng)的部位必須使關(guān)閉的門對(duì)著火樓層保持一定的壓力差，同時(shí)應(yīng)保證在打開加壓部位的門時(shí)，在門洞斷面處有足夠大的氣流速度，能有效阻止煙氣入侵，保證人員安全疏散與避難。機(jī)械加壓送風(fēng)系統(tǒng)由加壓送風(fēng)機(jī)、加壓送風(fēng)管道、加壓送風(fēng)口、防火閥等部件組成。加壓送風(fēng)機(jī)應(yīng)設(shè)置在專用機(jī)房?jī)?nèi)。加壓送風(fēng)管道應(yīng)采用內(nèi)壁光滑的不燃材料制作，管道的壁厚及管道的耐火極限應(yīng)滿足規(guī)范的要求。當(dāng)管道的內(nèi)壁為金屬時(shí)，其設(shè)計(jì)風(fēng)速不應(yīng)大于20m/s；當(dāng)管道的內(nèi)壁為非金屬時(shí)，其設(shè)計(jì)風(fēng)速不應(yīng)大于15m/s。加壓送風(fēng)口的風(fēng)速不宜大于7m/s。樓梯間的加壓送風(fēng)口每隔2～3 層設(shè)一個(gè)常開式百葉風(fēng)口，前室則每層設(shè)一個(gè)常閉式加壓送風(fēng)口。

3.2 合理劃分防煙分區(qū)

隨著2018 年新版《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的實(shí)施，防煙分區(qū)的劃分不僅有了面積的要求，而且對(duì)防煙分區(qū)最大長(zhǎng)邊尺寸也有了要求，所以合理的劃分防煙分區(qū)，既可以有效的阻止煙氣擴(kuò)散，又可以保證排煙效果，確保人員安全疏散。設(shè)置防煙分區(qū)時(shí)，如果面積過大，會(huì)使煙氣波及面積擴(kuò)大，增加受災(zāi)面，不利于安全疏散和撲救；如果面積過小，會(huì)影響建筑功能使用，還會(huì)提高工程造價(jià)[4]。防煙分區(qū)的劃分可以采用擋煙垂壁、隔墻或結(jié)構(gòu)梁等具有一定耐火性能的不燃燒體。防煙分區(qū)一般根據(jù)建筑的功能、用途、面積、樓層等劃分。

3.3 選擇合適的排煙形式

排煙系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)建筑的使用功能、平面布局等因素選擇合適的方式。排煙的主要方式分為自然排煙和機(jī)械排煙，在滿足自然排煙的要求下優(yōu)先選擇自然排煙系統(tǒng)，但是同一防煙分區(qū)應(yīng)采用同一種排煙方式。

自然排煙系統(tǒng)的排煙窗一般分為多功能形式、百葉式以及單開式。多功能形式排煙窗相似于煙囪效應(yīng)的建筑設(shè)計(jì)，能夠起到防雨和保護(hù)的功效；百葉式排煙窗安裝起來相對(duì)比較簡(jiǎn)便，所以自然排煙系統(tǒng)一般采用百葉式；單開式排煙窗也能夠融合在玻璃幕墻，起到緊急排煙作用。在具體使用時(shí)，需要依據(jù)實(shí)際情況選擇合適的排煙窗。自然排煙窗的控制機(jī)構(gòu)一般分為電力控制和氣動(dòng)控制。電力控制的主要構(gòu)件有排煙窗、耐火電纜及控制箱；而氣動(dòng)控制的則是排煙窗、壓縮機(jī)等部分組成。在設(shè)計(jì)該系統(tǒng)時(shí)要結(jié)合建筑種類、消防要求等選擇控制機(jī)構(gòu)。

機(jī)械排煙系統(tǒng)采用排煙風(fēng)機(jī)強(qiáng)制排煙，該系統(tǒng)由排煙風(fēng)機(jī)、排煙管道、排煙口、排煙防火閥等部件組成[5]。排煙管道應(yīng)采用內(nèi)壁光滑的不燃材料制作，管道的壁厚及管道的耐火極限應(yīng)滿足規(guī)范的要求。當(dāng)管道的內(nèi)壁為金屬時(shí)，其設(shè)計(jì)風(fēng)速不應(yīng)大于20m/s；當(dāng)管道的內(nèi)壁為非金屬時(shí)，其設(shè)計(jì)風(fēng)速不應(yīng)大于15m/s。排煙口應(yīng)設(shè)置在儲(chǔ)煙倉內(nèi)，但當(dāng)空間凈高不大于3m 時(shí)，排煙口可設(shè)在凈高一半以上。排煙口的設(shè)計(jì)風(fēng)速不宜大于10m/s。排煙口的排煙量不應(yīng)大于規(guī)范要求的最大允許排煙量。排煙口的設(shè)置需滿足防煙分區(qū)內(nèi)任一點(diǎn)與最近排煙口的水平距離不超過30m。

3.4 合理設(shè)置補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)

除了地上走道或者建筑面積小于500m2的房間外，設(shè)置排煙系統(tǒng)的場(chǎng)所均應(yīng)設(shè)置補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)。補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)與排煙系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)開啟或關(guān)閉[6]。補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)分為自然補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)和機(jī)械補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)。補(bǔ)風(fēng)量應(yīng)不小于排煙量的50%。自然補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)可采用除了防火門、窗外的外門和可開啟外窗。自然補(bǔ)風(fēng)口的風(fēng)速不宜大于3m/s。機(jī)械補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)由補(bǔ)風(fēng)機(jī)、補(bǔ)風(fēng)管、補(bǔ)風(fēng)口、防火閥等部件構(gòu)成。補(bǔ)風(fēng)機(jī)應(yīng)設(shè)置在專用機(jī)房?jī)?nèi)。補(bǔ)風(fēng)管道應(yīng)采用內(nèi)壁光滑的不燃材料制作，管道的壁厚及管道的耐火極限應(yīng)滿足規(guī)范的要求。當(dāng)管道的內(nèi)壁為金屬時(shí)，其設(shè)計(jì)風(fēng)速不應(yīng)大于20m/s；當(dāng)管道的內(nèi)壁為非金屬時(shí)，其設(shè)計(jì)風(fēng)速不應(yīng)大于15m/s。機(jī)械補(bǔ)風(fēng)口的風(fēng)速不宜大于10m/s，但在人員密集場(chǎng)所的補(bǔ)風(fēng)口風(fēng)速不宜大于5m/s。當(dāng)補(bǔ)風(fēng)口與排煙口設(shè)置在同一空間內(nèi)相鄰防煙分區(qū)時(shí)，補(bǔ)風(fēng)口位置不限；但當(dāng)補(bǔ)風(fēng)口與排煙口設(shè)置在同一防煙分區(qū)時(shí)，補(bǔ)風(fēng)口應(yīng)設(shè)在清晰高度內(nèi)。補(bǔ)風(fēng)口與排煙口水平距離應(yīng)不小于5m。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題

4.1 機(jī)械排煙系統(tǒng)

設(shè)計(jì)排煙系統(tǒng)時(shí)，常見的機(jī)械排煙系統(tǒng)問題體現(xiàn)在以下兩點(diǎn)。

（1）未能合理設(shè)置排煙口。排煙口的設(shè)置宜使煙氣流動(dòng)方向與人員疏散方向相反，但是往往在設(shè)計(jì)過程中，會(huì)因?yàn)榕艧煓C(jī)房的位置、排煙管道的布置等問題而疏忽了這個(gè)問題，從而對(duì)排煙效果造成影響。

（2）未能選用合適的排煙風(fēng)機(jī)。排煙風(fēng)機(jī)屬于該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重點(diǎn)內(nèi)容。為此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該結(jié)合風(fēng)量及風(fēng)壓等參數(shù)，可實(shí)際上排煙風(fēng)機(jī)的選用經(jīng)常發(fā)生風(fēng)量過高或是風(fēng)量過低的問題，進(jìn)而對(duì)排煙效果帶來影響。

4.2 自然排煙系統(tǒng)

設(shè)計(jì)排煙系統(tǒng)時(shí)，常見的自然排煙系統(tǒng)問題體現(xiàn)在以下兩點(diǎn)。

（1）未能合理設(shè)計(jì)自然排煙窗位置。自然排煙窗需要結(jié)合建筑具體情況綜合分析風(fēng)壓作用、熱壓作用，在滿足上述要求的基礎(chǔ)上對(duì)其所在位置科學(xué)設(shè)計(jì)。根據(jù)規(guī)范要求，自然排煙窗需設(shè)置在儲(chǔ)煙倉內(nèi)，且應(yīng)設(shè)在排煙區(qū)域的較高部位，但通常從實(shí)際情況來看，建筑專業(yè)為了立面效果或使用功能，自然排煙窗的位置會(huì)偏低，容易導(dǎo)致很難順利將煙氣排出。

（2）未能合理設(shè)計(jì)排煙窗的面積。無論是推拉窗還是平開窗都屬于可開啟外窗。在設(shè)計(jì)開窗面積環(huán)節(jié)，一方面要嚴(yán)格依據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，另一方面要考慮開啟角度及其形式，以此設(shè)計(jì)排煙窗面積。但是由于沒有合理設(shè)置開窗角度而影響到防排煙效果。

4.3 機(jī)械加壓送風(fēng)系統(tǒng)

設(shè)計(jì)防煙系統(tǒng)時(shí)，常見的機(jī)械加壓送風(fēng)系統(tǒng)問題體現(xiàn)在以下兩點(diǎn)。

（1）不合理的系統(tǒng)送風(fēng)量。在規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中，明確提出系統(tǒng)應(yīng)具備的送風(fēng)量，可是在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，時(shí)常發(fā)生送風(fēng)量偏高或是偏低的現(xiàn)象。偏高的送風(fēng)量會(huì)導(dǎo)致防煙區(qū)域壓力增大，這在一定程度上加大了開啟疏散門的難度；偏低的送風(fēng)量會(huì)導(dǎo)致防煙區(qū)域壓力降低，使煙氣很難在防煙區(qū)被順利擴(kuò)散。

（2）不合理的系統(tǒng)送風(fēng)阻力。系統(tǒng)設(shè)計(jì)未能考慮排風(fēng)口、多葉送風(fēng)口等造成的風(fēng)道阻力。由此，很有可能選擇設(shè)備風(fēng)壓不足，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)排煙效果帶來負(fù)面影響。

5 系統(tǒng)優(yōu)化對(duì)策

5.1 排煙口科學(xué)設(shè)計(jì)

設(shè)置排煙口是建筑消防排煙系統(tǒng)的關(guān)鍵部分之一，所以必須合理設(shè)置排煙口。自然排煙系統(tǒng)中自然排煙窗的面積及位置必須滿足規(guī)范要求，在前期與建筑專業(yè)溝通時(shí)，盡可能將自然排煙窗設(shè)置在儲(chǔ)煙倉的高位，并且排煙窗的面積需考慮開啟角度，嚴(yán)格按照規(guī)范要求計(jì)算。機(jī)械排煙系統(tǒng)中排煙口的位置及單個(gè)排煙口的排煙量也應(yīng)合理設(shè)計(jì)，排煙口的排煙量需根據(jù)房間凈高及功能和排煙口的尺寸及風(fēng)速計(jì)算出排煙口最大允許排煙量，排煙口的位置也要合理選擇，排煙口應(yīng)設(shè)在儲(chǔ)煙倉內(nèi)，且宜設(shè)在頂棚或靠近頂棚的墻面上，排煙口與附近安全出口相鄰邊緣之間的水平距離不應(yīng)小于1.5m，且需滿足防煙分區(qū)內(nèi)任一點(diǎn)與最近排煙口的水平距離不超過30m，排煙口的設(shè)置宜使煙氣流動(dòng)方向與人員疏散方向相反。

5.2 加壓送風(fēng)量合理設(shè)計(jì)

有關(guān)送風(fēng)量設(shè)計(jì)應(yīng)該綜合考慮漏風(fēng)量與送風(fēng)量，以此保障最合適的加壓送風(fēng)量。結(jié)合有關(guān)規(guī)范提出的防煙區(qū)正壓值，前室、封閉避難層與走道之間的壓差應(yīng)為25～30Pa，樓梯間與走道之間壓差則要控制在40～50Pa，唯有滿足該要求才可以防止煙氣侵入。針對(duì)加壓送風(fēng)量的計(jì)算而言，常見的方法為壓差法和風(fēng)速法，其中，壓差法是指計(jì)算疏散通道區(qū)域內(nèi)一定正壓值的實(shí)際送風(fēng)量；風(fēng)速法主要是打開疏散通道基礎(chǔ)上對(duì)維持門洞位置一定風(fēng)速的送風(fēng)量。結(jié)合國家頒布的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，將所得計(jì)算結(jié)果乘以1.2 就能夠得到最終設(shè)計(jì)送風(fēng)量。

6 結(jié)語

不合理的防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)，很有可能產(chǎn)生嚴(yán)重后果并帶來難以預(yù)估的經(jīng)濟(jì)損失。基于時(shí)代發(fā)展與建筑功能需求的增加，直接向防排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)發(fā)起艱巨挑戰(zhàn)。作為設(shè)計(jì)人員，應(yīng)在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)嚴(yán)格依據(jù)具體的規(guī)范要求，保證系統(tǒng)的合理性與穩(wěn)定性，由此充分發(fā)揮應(yīng)有的功能作用，在減少損失的同時(shí)為人民群眾的生命安全提供保障。